LCRD: la comunicación espacial del futuro a través del láser

 

La NASA lanza satélites, rovers y orbitadores para investigar el lugar de la humanidad en la Vía Láctea. Cuando estas misiones llegan a sus destinos, sus instrumentos científicos capturan imágenes, videos y conocimientos valiosos sobre el cosmos. 

La infraestructura de comunicaciones en el espacio y en tierra permite que los datos recopilados por estas misiones lleguen a la Tierra. Sin estaciones terrestres para recibirlo, los extraordinarios datos capturados por estas misiones, quedarían atrapados en el espacio, sin poder llegar a los científicos e investigadores de la Tierra.

Desde los albores de la exploración espacial, las misiones de la NASA se han basado principalmente en las comunicaciones por radiofrecuencia, para realizar la transferencia de información. Pero este otoño, la Laser Communications Relay Demonstration (LCRD) de la NASA, lanzará y exhibirá las comunicaciones láser, una forma revolucionaria de trasnmitir datos desde el espacio a la tierra.

Las estaciones terrestres de LCRD, conocidas como Optical Ground Station (OGS) -1 y -2, están ubicadas en Table Mountain, California, y Haleakalā, Hawaii. Estos lugares remotos y de gran altitud fueron elegidos por sus claras condiciones climáticas. Si bien las comunicaciones láser pueden proporcionar mayores velocidades de transferencia de datos, las perturbaciones atmosféricas, como las nubes y las turbulencias, pueden interrumpir las señales láser cuando penetran en la atmósfera de la Tierra.

“Debido a la forma en que funciona la meteorología local, hay un mínimo de polvo y menos turbulencia atmosférica en la cima de la montaña, lo cual es excelente para las comunicaciones láser”, dijo Ron Miller del Goddard Space Flight Center de la NASA, en Greenbelt, Maryland, y ex líder de desarrollo de OGS-2 en Hawái. “Está a unos 3.048 metros de altura, por lo que está por encima de gran parte de la atmósfera, y el clima que se desarolla debajo de la cumbre. Es muy común tener un buen día soleado en la cima y que esté nublado en el punto medio de la montaña”.

Los ingenieros de comunicaciones de la NASA seleccionaron estos sitios porque sus patrones climáticos se complementan entre sí. Cuando OGS-1 en California está nublado, OGS-2 en Hawaii tiende a ser claro, y viceversa. Para monitorear la cobertura de nubes y determinar qué estación se utilizará, el colaborador comercial Northrop Grumman proporcionó una estación de monitoreo atmosférico que observa las condiciones climáticas en Haleakalā. Esta estación de monitoreo funciona de manera casi autónoma, las 24 horas del día, los siete días de la semana. OGS-1 tiene capacidades similares de monitoreo del clima en Table Mountain.

A pesar del clima, generalmente despejado en estos lugares, los ingenieros de la NASA deben seguir trabajando en reducir los efectos de las turbulencias atmosféricas en los datos recibidos por OGS-1 y OGS-2. Para ello, ambas estaciones aprovechan el poder de la óptica adaptativa.

“Un sistema de óptica adaptativa utiliza un sensor para medir la distorsión de la señal electromagnética que proviene de la nave espacial”, dijo Tom Roberts, gerente de desarrollo y operaciones de OGS-1 en el Jet Propulsion Laboratory de la NASA, en el sur de California. “Si podemos medir esa distorsión, entonces podemos enviarla a través de un espejo deformable que cambie de forma para eliminar esos errores que induce la atmósfera. Eso nos permite tener una señal buena e impecable”.

Si bien OGS-2 se desarrolló específicamente para la misión LCRD, OGS-1 tiene su sede en el Optical Communications Telescope Laboratory de JPL, que antes de LCRD se utilizó para demostraciones de comunicaciones láser. Para preparar OGS-1 para el soporte LCRD, los ingenieros tuvieron que actualizar la estación terrestre, modificando el sistema para llevarlo a un estándar más alto. Una de esas mejoras implicó reemplazar los espejos para tener una mejor reflectividad y umbrales láser más alto,s para que el telescopio pueda recibir y enviar señales láser desde y hacia LCRD.

Antes del apoyo a la misión, LCRD pasará aproximadamente dos años realizando pruebas y experimentos. Durante este tiempo, OGS-1 y OGS-2 actuarán como usuarios simulados, enviando datos desde una estación a LCRD y luego a la siguiente. Estas pruebas permitirán a la comunidad aeroespacial aprender de LCRD y perfeccionar aún más la tecnología para la implementación futura de sistemas de comunicaciones láser.

Después de la fase experimental, LCRD apoyará misiones en el espacio. Las misiones, como una terminal en la Estación Espacial Internacional, enviarán datos a LCRD, que luego los transmitirá a OGS-1 o OGS-2.

LCRD es una carga útil alojada en el Space Test Program Satellite-6 del Departamento de Defensa (STPSat-6). Si bien LCRD es una carga útil de comunicaciones láser, la nave espacial seguirá teniendo una conexión de radiofrecuencia a tierra. La terminal del enlace a tierra (PGLT) ubicada en el complejo White Sands, cerca de Las Cruces, Nuevo México, transmitirá datos de seguimiento, telemetría y comando a la nave espacial a través de ondas de radio.

La NASA administra los elementos terrestres de LCRD, OGS-1, OGS-2 y PGLT, desde el centro de operaciones de la misión de LCRD, en White Sands.

“El centro de operaciones de la misión es el cerebro central del sistema LCRD”, dijo Miriam Wennersten, gerente del segmento terrestre de LCRD en Goddard. “Coordina la configuración de la carga útil y las tres estaciones terrestres al mismo tiempo, programando los diversos servicios ópticos y los enlaces”.

Sin una infraestructura terrestre, los datos científicos y de exploración extraordinarios no llegarían a los investigadores de la Tierra. El segmento terrestre de LCRD será fundamental para el éxito de la misión, proporcionando a los ingenieros la oportunidad de probar y perfeccionar las comunicaciones láser. A su vez, LCRD marcará el comienzo de una nueva era de comunicaciones láser, donde las misiones tendrán acceso sin precedentes a la información obtenida con satélites y sondas en el espacio.

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